CN1310859A - 在印刷电路板和金属基片之间提供电气接地连接的方法 - Google Patents

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Abstract

在印刷电路板(700)和金属基片(200)之间提供电气接地连接的一种方法(100)包括以下步骤:(ⅰ)在金属基片(200)中提供一个窗口(204);(ⅱ)用金属坯料(300)做材料形成一个接地插头(302);(ⅲ)将接地插头(300)插入基片(200)中的窗口;(ⅳ)将接地插头(302)压入基片(200)中的窗口(204);(ⅴ)将印刷电路板(700)放在基片(200)上;以及(ⅵ)在印刷电路板(700)的窗口中和接地插头(302)上施加焊料。上述形成步骤(104),插入步骤(106)和压入步骤(108)是在一次冲压操作(120)中完成的。这种方法(100)能够有效地提供一种高质量的电气接地连接,并且不需要任何复杂的机械。

Description

在印刷电路板和金属基片之间提供电气接地连接的方法
本发明涉及的主题是电子电路组件及其装配方法。本发明具体涉及到在印刷电路板和金属基片之间提供电气接地连接的方法。
许多种电子器件例如是气体放电管的电子镇流器需要有印刷电路板和金属基座或是基片之间的电气接地连接。典型的金属基座或基片是用镀锌的钢或是铝构成的，它不能与印刷电路板直接形成可靠的焊接。
提供接地连接的一种最普遍的方式是采用简单的安装螺钉，让螺钉穿过印刷电路板中的一个孔拧入基座中对应的一个孔。印刷电路板往往包括与螺钉头上的底面相接触的一条以上接地跳线。这种方案有多方面的缺点。首先是难以实现自动化，其次，由于它会在印刷电路板上产生很大的机械应力，不适合用来装配诸如绕曲电路那样的很薄的电路板。
另一种方案是在基座上采用柔性的“接头”。首先将印刷电路板放在基座上，然后弯折或是扭曲接头使其与接地跳线形成紧密的摩擦接触。这种方案存在明显的问题，容易从接地跳线上断开。和安装螺钉的方案一样，这种方案难以实现自动化，并且不适合用于包括很薄的印刷电路板的组件。
第三种方案是采用表面上具有焊料的金属接地插头。首先制成金属接地插头，并且在基座或基片中形成一个孔。然后将预制的接地插头插入基片的孔中，并且在印刷电路板的孔中和接地插头上放置焊料，在接地插头和印刷电路板上的接地轨迹之间形成电气连接。这种方案的优点是特别适用于很薄的印刷电路板，因为它对印刷电路板本身产生的实际应力很小。
目前的“接地插头”方案也有几方面的缺点。首先，因为接地插头是用单独的工序制作的，将预制的接地插头插入基片的孔中往往需要复杂的“提起-和-放下”机器。其次，由于制作接地插头，在基片中形成孔，以及将接地插头插入基片中的孔的步骤之间可能会经过比较长的时间，往往会淀积外来杂质，以及/或是在接地插头和基片中的孔的接触面上发生氧化现象。这样，在接地插头和基片之间形成的电气连接的质量和可靠性就会受到不利的影响。
因而需要有一种能够在印刷电路板和金属基片之间提供可靠的高质量电气接地连接的方法，它应该能够适合印刷电路板的大批量自动化装配，在加工步骤和加工时间上实现高效率，并且不需要昂贵、复杂的机器就能完成。这样的方法比现有技术具有很大的优越性。
图1是按照本发明在印刷电路板和金属基片之间提供接地连接的一种方法的流程图。
图2表示按照本发明的一个实施例用来实现图1所示方法的一种穿孔器和冲模结构的截面图。
图3表示按照本发明一个最佳实施例的第一冲压操作，在金属基片中形成一个窗口。
图4表示按照本发明最佳实施例在第二冲压操作之前将金属基片定位。
图5表示按照本发明的最佳实施例的第二冲压操作中的第一部分，用金属坯料形成一个接地插头。
图6表示按照本发明的最佳实施例的第二冲压操作中的第二部分，将接地插头插入金属基片的窗口中。
图7表示按照本发明的最佳实施例的第二冲压操作中的第三部分，将接地插头压入金属基片的窗口中。
图8是按照本发明最佳实施例的一个截面图，表示接地插头被插入金属基片的窗口之后的接地插头和金属基片。
图9是按照本发明最佳实施例的一个截面图，表示接地插头被压入金属基片的窗口之后的接地插头和金属基片。
图10是按照本发明最佳实施例的一个顶视图，表示印刷电路板被安装在金属基片上，并且在印刷电路板的窗口中和接地插头上施加焊料。
图11是按照本发明最佳实施例的一个截面图，表示印刷电路板被安装在金属基片上，并且在印刷电路板的窗口中和接地插头上施加焊料。
图1表示在印刷电路板和金属基片之间提供电气接地连接的一种方法100。方法100包括以下步骤：
(1)在基片中提供一个窗口(102)；
(2)用金属坯料做材料形成一个接地插头(104)；
(3)将接地插头插入基片中的窗口(106)；
(4)将接地插头压入基片中的窗口(108)，在接地插头和基片之间形成电气连接；
(5)将印刷电路板放在基片上(110)，让印刷电路板的窗口和基片的窗口中的接地插头大致对齐；以及
(6)在印刷电路板的窗口中和接地插头上施加焊料(112)，在接地插头和基片之间形成电气连接。
形成(104)，插入(106)和压入(108)接地插头的步骤显然是可以在一次冲压操作120中集中执行的。这样就能采用流水线作业高效地实现上述方法100，不需要任何专用的“提起-和-放下”机器。另外，由于能够在形成基片窗口和接地插头之后的很短时间内将接地插头插入和压入基片中的窗口，方法100可以使基片窗口和接地插头的接触面上受到的氧化和环境污染最小。这样就能使接地插头和基片之间的电气连接达到更高的质量和可靠性。
图2-11表示了用来实现方法100的最佳装置和程序。首先参见图2，最佳装置包括连续冲模组件400和一组穿孔器500,600。冲模组件400有一个用来支撑金属基片200的表面402，用来支撑金属坯料300的构架404,406，用来引导穿孔器500在基片200中形成一个窗口的第一通道408，以及用来引导穿孔器600用金属坯料300冲压成接地插头然后将接地插头压入基片200中的窗口第二通道410。在实际执行方法100时，基片200往往是和一个以上其他基片250,260接合在一起构成一个基片板。
在方法100的一个最佳实施例中，金属基片200是铝制的，而金属坯料300是镀锡的铜材。金属基片200可以改用其他材料制成，例如铜，黄铜和锌。金属坯料300也可以改用其他材料制成，例如镀锡的铝，黄铜和锌，或者是任何能够通过焊接形成可靠连接的金属材料。
参见图3，在第一冲压操作中，向下驱动穿孔器500穿过铝制基片200。穿孔器500最好采用一种大致呈圆形的截面，从而在基片200中形成一个大致为圆形的窗口。从第一通道408的底部弹出废弃的铝片202。
在基片200中形成窗口之后，将穿孔器500缩回(即通过窗口向上移动回到第一通道408上部)。然后将基片200沿着冲模组件400的表面402向右移动，直至使窗口对准第二通道410，如图4所示。穿孔器600保持在第二通道410中，基本上对准基片200的窗口204。
参见图5，当窗口204到位时，在第二冲压操作中向下驱动穿孔器600穿过坯料300。穿孔器600最好采用一种大致呈圆形的截面，从而用坯料300冲压出一个大致为圆柱形的接地插头302。如图6所示，穿孔器600继续向下冲击，将接地插头302插入基片200的窗口。大约是在穿孔器600插入接地插头302的同时，穿孔器500重复第一冲压操作，在第二基片250中形成一个窗口。两个穿孔器500,600同时动作可以有效地进一步缩短总的加工时间。
如图7所示，穿孔器600完成了将接地插头302压入基片200的窗口中的向下冲压，从而在接地插头302和基片200之间形成物理上的压接。大约是在穿孔器600压入接地插头302的同时，穿孔器500也完成了向下冲压并且弹出冲掉的铝片252，在第二基片250中形成一个窗口。
图8和9表示了接地插头302的细节。如上文所述，接地插头302最好是铜制的，具有镀锡的顶面和底面306,308。在压入步骤之前，接地插头302大致呈圆柱形，如图8所示。按照图9所示，压入步骤致使接地插头302和窗口204产生一种受控制的变形，让接地插头302的侧壁表面310,312退缩并且在窗口204的接触面上引起相应的压力变形。结果就能在基片200和接地插头302的至少一部分侧壁表面310,312之间形成一种气密的机械密封，从而提供一种高机械强度和高可靠性的高质量电气连接。
参见图9，在完成压入步骤时，接地插头302的底面308大致与基片200的底面230共面。这便于以后将印刷电路板齐平地安装到基片200的底面230上，然后通过焊接将印刷电路板电气连接到接地插头302和基片200上。
在完成了压入步骤时，接地插头302的顶面306相对于基片200的顶面220应该有明显的下陷。因此，金属坯料的厚度不能大于基片200的厚度。无论如何，在完成压入步骤之后都要求接地插头302的顶面306至少不能突出在基片200的顶面220外面。这样做的好处是因为绝大多数产品都要求基片200的顶面220必须要基本上齐平地安装并接触到散热器或是其他接地面，并且从顶面220上突出的接地插头302会妨碍顶面220稳固地放置在另外的扁平面上。例如，如果基片200是作为一个电子镇流器外壳的基座，顶面220(也就是镇流器外壳的底)应该能齐平地安装并接触到照明器材外壳，以便使热量能够有效地从镇流器散发到照明器材外壳上(从而保持镇流器的温度足够低，确保镇流器电路的适当使用寿命)。
为了减少窗口204和接地插头302的接触面上可能会减损电气连接质量的污染或氧化，应该：(1)在完成第一冲压操作(也就是在基片中提供一个窗口的步骤)之后的不到两秒钟之内完成第二冲压操作(也就是形成，插入和压入接地插头的步骤)；并且(2)在完成了形成接地插头的步骤之后的不到一秒钟之内完成压入步骤。显而易见，可以让穿孔器600快速向下移动，这样就能在用金属坯料300冲压出接地插头302之后的很短时间内完成接地插头302的压入步骤。
参见图7，当接地插头302被压入基片200时，穿孔器600缩回第二通道410的上部。然后将第二基片250移动到第二通道410下面的位置，金属坯料300也可以移位或是换成新的坯料，并且重复上述的操作，形成一个接地插头，并且将其插入和压入第二基片250的窗口。
在按照上述过程为面板中的每一个基片200,250,250提供了一个接地插头之后，从冲模组件400上拆下面板，然后将印刷电路板安装到基片上。
如图10和11所示，印刷电路板700被放置在基片200的底面230上，让印刷电路板700的一个窗口(未示出)大致上对准基片200中的接地插头302。用一种适当的压敏粘合剂将包括布置在诸如聚酯等绝缘材料上面的许多金属轨迹710,712,714,716的印刷电路板700压接在基片200的底面230上。至少有一条金属轨迹710,712,714,716的位置靠近印刷电路板700上的窗口，并且适合用焊料焊接。然后在印刷电路板700的窗口中和接地插头302上施加焊料800，从而在接地插头302和印刷电路板700之间形成电气连接。这样就能在基片200和电路板700的轨迹710,712,714,716之间形成电气接地连接。
上述方法100比采用接地插头的现有技术方案有许多优点。特别是方法100能够在基片中形成窗口之后有效地将形成，插入和压入接地插头的步骤组合在一次冲压操作中完成。这样就能缩短加工时间，不需要专用的“提起-和-放下”机器来插入接地插头，并且最大限度地减少了接地插头和基片窗口的接触面上的氧化和其他杂质。这样就能实现一种适合大批量自动化制造的可靠的高质量电气接地连接。
尽管本发明是参照其一个最佳实施例来描述的，本领域的技术人员在不脱离本发明的新颖构思和范围的条件下还可以实现各种各样的修改和变更。

Claims (10)

1．在印刷电路板和金属基片之间提供电气接地连接的一种方法，包括以下步骤：
(A)在基片中提供一个窗口；
(B)用金属坯料做材料形成一个接地插头；
(C)将接地插头插入基片中的窗口；
(D)将接地插头压入基片中的窗口，在接地插头和基片之间形成电气连接；
(E)将印刷电路板放在基片上，让印刷电路板的窗口和基片的窗口中的接地插头大致对齐；以及
(F)在印刷电路板的窗口中和接地插头上施加焊料，在接地插头和基片之间形成电气连接；并且
所述形成，插入和压入接地插头的步骤是在一次冲压操作中集中执行的。
2．按照权利要求1的方法，其特征是：
在基片中提供一个窗口的步骤是在第一冲压操作中执行的；并且
形成，插入和压入接地插头的步骤是在第二冲压操作中集中执行的。
3．按照权利要求1的方法，其特征是集中形成，插入和压入接地插头的步骤包括以下步骤：
将坯料放在基片的窗口上；
将一个穿孔器定位在坯料上方，并且大致对准基片的窗口；以及
向下驱动穿孔器穿过坯料进入基片的窗口。
4．按照权利要求3的方法，其特征是：
基片中的窗口大致呈圆形；
穿孔器和接地插头各自具有大致呈圆形的截面；并且
接地插头在压入步骤之前大致上具有圆柱形。
5．按照权利要求1的方法，其特征是形成，插入和压入接地插头的步骤是在完成了在基片中提供窗口的步骤之后大约不到两秒之内完成的。
6．按照权利要求1的方法，其特征是压入接地插头的步骤是在完成了形成接地插头的步骤之后大约不到一秒之内完成的。
7．按照权利要求1的方法，其特征是压入步骤在基片和接地插头的至少一部分侧壁表面之间形成一种气密的机械密封。
8．按照权利要求1的方法，其特征是，在完成压入步骤时，接地插头的底面和基片的底面基本上共面。
9．按照权利要求1的方法，其特征是，在完成压入步骤时，接地插头的顶面相对于基片的顶面有明显的下陷。
10．按照权利要求1的方法，其特征是印刷电路板包括布置在一种绝缘材料上面的金属轨迹，至少有一条金属轨迹的位置靠近电路板上的窗口，并且适合实际接触到至少一部分连接着印刷电路板和接地插头的焊料。
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